フラストレートした分子性化合物におけるクロスオーバー現象の熱的研究

• Project/Area Number: 20046010
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中澤 康浩 Osaka University, 大学院・理学研究科, 教授 (60222163)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000); Fiscal Year 2009: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2008: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 強相関 / 分子性固体 / フラストレーション / 熱容量 / 磁性 / 強相関電子系

Research Abstract

本研究は二次元の三角格子構造をもつ分子性強相関電荷移動錯体を対象に、スピンや電荷のフラストレーションの効果を熱力学的な立場から研究するために計画された。平成21度は、アクセプター分子であるPd(dmit)_2とカウンターカチオンの2:1塩であるEtMe_3SbPd_2[dmit]_2塩を中心に低温領域での熱力学的測定を行った。この物質はPd(dmit)_2のダイマーが二次元三角格子を形成する電荷移動塩である。^3He冷凍機、希釈冷凍機を用いた極低温領域での熱容量の測定を行い、低温で有限のγ値を示すことが見出された。これは、以前に、スピン液体を形成することが確認されたK-(BEDT-TTF)_2Cu_2(CN)_3と同様の振る舞いであり、静磁化率の絶対ゼロ度への外挿値とγ値がスケールすることからも熱励起にギャップがないスピン液体状態の形成を意味している。低温領域ではメチル基の回転準位の関係したショットキー熱容量が出現するため、カチオン部のメチル基を重水素置換した塩による極低温測定を行った。その結果、ショットキー熱容量は減少し確かに低温領域でもギャップのない状態が形成されていることが判明した。
温度に比例する項が存在する温度領域よりも高い3.2K付近にC_pT^<-1>のブロードな山が存在する。熱容量の詳細な解析からこのブロードなピークはK-(BEDT-TTF)_2Cu_2(CN)_3でみられた5.7Kの熱異常と同様な常磁性状態からスピン液体状態へのクロスオーバーを表していることが示唆される。EtMe_3SbPd_2[dmit]_2とK-(BEDT-TTF)_2Cu_2(CN)_3でと見出された熱的性質は、有機ダイマー型Mott絶縁体三角格子のスピン液体の共通する特徴であると考えられる。重水素化した試料による熱測定から化学圧力に対する効果についての議論も行い、スピン液体状態は圧力印加に関して比較的安定であることが判明した。

Research Products

• [Journal Article] Heat Capacities of Antiferromagnetic Dimer-Mott Insulators in Organic Charge-Transfer Complexes (2010)
  • Author(s): S.Yamashita, Y.Nakazawa
  • Journal Title: J.Therm.Analr.Calori. 99 Pages: 153-157
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low-Temperature Heat Capacity of Heptacopper(II) Complex [Cu_7(μ_3-Cl)_2(μ_3-OH)_6-(D-pen-disulfide)_3] (2010)
  • Author(s): N.Tokoro, S.Yamashita, A.Igashira-Kamiyama, J.Fujioka, T.Konno, Y.Nakazawa
  • Journal Title: J.Therm Anal : Calori.(2009) 99(in press) Pages: 149-152
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 分子スピンのフラストレーションで現れたスピン液体状態 (2010)
  • Author(s): 中澤康浩
  • Journal Title: パリティ 4月号(In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low temperature heat capacity measurements of the spin-liquid states of hydrogenatedand deuterated k-(BEDT-TTF)_2Cu_2(CN)_3 (2010)
  • Author(s): S.Yamashita, T.Yamamoto, Y.Nakazawa
  • Journal Title: Physics B (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low temperature heat capacity measurements of k-type organic superconductors undernressure (2010)
  • Author(s): N.Tokoro, S.Fukuoka, O.Kubota, Y.Nakazawa
  • Journal Title: Physica B (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermodynamic Properties of S-112 Spin-Liquid State in K-type Organic Salt (2008)
  • Author(s): S. Yamashita, Y. Nakazawa, M. Oguni, Y. Oshinaa, H. Nojiri, Y. Shimizu, K. Miyagawa and K. Kanoda
  • Journal Title: Nature Physics 4 Pages: 459-462
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic-Field-Induced Freezing of Spin Correlations in Networked System of [Mn4] Singlt-Molecule Magnets (2008)
  • Author(s): S. Yamashita, T. Fujisaki, Y. Nakazawa, M. Oguni. K. Nakata, M. Yamashita and H. Miyasaka
  • Journal Title: J Phys. Soc. Jpn 77
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 有機系フラストレーション物質のスピン液体状態 (2008)
  • Author(s): 山下智史、中澤康浩
  • Journal Title: 大阪大学低温センターだより 144 Pages: 19-23
  • NAID: 120004844392
• [Presentation] Thermodynamic Studies on Molecule-Based Magnetic Materials (2009)
  • Author(s): Y.Nakazawa
  • Organizer: IWAMN2009 (Internationa Workshop on Advanced Materials and Nanotechnology)
  • Place of Presentation: Hanoi (Vitnam)
  • Year and Date: 2009-11-28
• [Presentation] 緩和型熱測定による分子性化合物の強相関電子物性-超伝導、金属絶縁体転移、スピン液体- (2009)
  • Author(s): 中澤康浩
  • Organizer: 熱測定討論会(特別講演)
  • Place of Presentation: 首都大学東京(東京都)
  • Year and Date: 2009-09-30
• [Presentation] 低温熱容量測定によるPd(dmit)_2塩の電子状態に関する熱的考察 (2009)
  • Author(s): 山下智史、山本貴、中澤康浩、田村雅史、西尾豊、加藤礼三
  • Organizer: 熱測定討論会
  • Place of Presentation: 首都大学東京(東京都)
  • Year and Date: 2009-09-29
• [Presentation] EtMe_3Sb[Pd(dmit)_2]_2の低温熱容量 (2009)
  • Author(s): 山下智史, 山本貴、中澤康浩, 西尾豊、田村雅史、加藤礼三
  • Organizer: 日本物理学会2009秋季大会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本県)
  • Year and Date: 2009-09-28
• [Presentation] Low Temperature Heat Capacity of Quantum Spin-Liquid State in Molecular Crystals EtMe_3Sb[Pd(dmit)_2]_2 and k-(BEDT-TTF)_2Cu_2(CN)_3 (2009)
  • Author(s): S.Yamashita, T.Yamamoto, Y.Nakazawa, K.Kanoda, M.Tamura, R.Kato
  • Organizer: ISCOM2009
  • Place of Presentation: ニセコ(北海道)
  • Year and Date: 2009-09-15
• [Presentation] Thermodynamic Properties of Spin-Liquid States and Spin-Glass States in Molecular Compounds (2009)
  • Author(s): Y.Nakazawa
  • Organizer: IDMRCS2009(6^<th> International Discussion Meeting on Relaxation in Complex System)
  • Place of Presentation: Rome (Italy)
  • Year and Date: 2009-09-02
• [Presentation] Thermodynamic Evidence of Spin-Liquid Ground State of Organic Salts with Two-Dimensional Triangular Lattice (2008)
  • Author(s): Y. Nakazawa
  • Organizer: The 4th international Symposium on the New Frontiers of Thermal Studies of Materials
  • Place of Presentation: 横浜市
  • Year and Date: 2008-12-02
• [Presentation] ダイマーMott三角格子系EtMe_3Sb[Pd(dmit)_2]_2のスピン液体状態に関する熱的研究 (2008)
  • Author(s): 山下智史, 山本貴, 中澤康浩, 田村雅史, 加藤礼三
  • Organizer: 第44回熱測定討論会(つくば)
  • Place of Presentation: つくば市
  • Year and Date: 2008-10-16
• [Presentation] 二次元三角格子構造をもつ電荷移動塩のスピン液体状態の熱的研究 (2008)
  • Author(s): 山下智史, 山本貴, 中澤康浩, 鹿野田一司, 田村雅史, 加藤礼三
  • Organizer: 分子科学討論会
  • Place of Presentation: 福岡市
  • Year and Date: 2008-09-28
• [Book] 熱測定ハンドブック2-2-16緩和法5-3-5磁場下での分子磁性体5-3-6分子磁性体5-3-7有機伝導体(日本熱測定学会編) (2010)
  • Author(s): 中澤康浩
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 丸善(2009年刊行予定)